淡水生态系统包括河流、湖泊和湿地在全球范围内受到了人类活动干扰和气候变化的影响，导致生境退化和生物多样性快速下降。淡水大型动物（即最大体重能达到30kg的动物，如鲟鱼、鳄鱼、巨型龟类、江豚、河狸和大鲵等）对环境变化尤其敏感，经历了明显的本土种群丰度下降和分布范围缩减。此外，越来越多的淡水大型动物被引入到其本土分布范围之外的区域。中国科学院东北地理与农业生态研究所湿地生物与环境学科组围绕全球淡水大型动物多样性开展了一系列研究，旨在深入了解其多样性变化的生态效应。
图1 大型动物对淡水生态系统的影响
研究系统性地阐释了大型动物对淡水生境结构、生态过程和功能的影响（图1）。例如，大型动物通过踩踏、筑坝、掘穴和筑巢等活动改变生境结构和水文节律，提升生境异质性，调控食物网结构和生物地球化学循环过程，对于维持淡水生态系统稳定性发挥着重要作用。然而，全球淡水大型动物本土种群相对丰度在1970至2012年间下降了88%，众多鲟鱼、鳄鱼和巨型龟类物种具备自然繁殖能力的成熟个体数量不足1000。种群数量的减少和大型个体的缺失会直接削弱这些物种支撑的生态系统功能，导致淡水生境异质性下降、食物网简化和物种扩散受阻。由于大型动物如鲟鱼、江豚、河马、河狸和鳄鱼等能作为旗舰种和伞护种提升淡水生物多样性保护，基于大型动物的保护和修复项目有利于其它物种的保护，实现生态系统功能和服务价值协同提升（图2）。
图2 恢复本土大型动物种群对淡水生态过程和自然对人类贡献（NCP）的影响
研究团队还重点探究了淡水大型鱼类作为外来物种的引入动态和生态效应。结果表明，全球现存的134种淡水大型鱼类中，48%的物种已经被引入到其本土分布范围之外的区域。全球59%的主要流域均有外来大型鱼类引入，且美国和西欧是引入热点地区（图3）。淡水大型鱼类作为外来物种的引入速率在1960年后快速增加，且在全球范围内目前尚无减缓趋势。这些物种的引入多出于经济效应驱动，如水产养殖、休闲垂钓和宠物贸易等。
图3（a）全球各主要流域（level-3 HydroBASINS）外来淡水大型鱼类物种数量；（b）最被广泛引入的 10 种外来大型鱼类。
EICAT（Environmental Impact Classification for Alien Taxa）评估结果显示，外来大型鱼类通过捕食、竞争和生境结构改变等多重机制对本地淡水物种造成了负面影响（图4a）。在生态效应监测数据满足EICAT评估要求的案例中，58%的外来大型鱼类造成了本土淡水物种的种群数量下降甚至永久性灭绝。外来大型鱼类的引入还会导致生境和食物网结构的变化，进一步威胁引入地区淡水生态系统的完整性和稳定性。相较于负面环境影响，外来大型鱼类对本地物种正面影响的记录较少（图4b）。
图4 基于EICAT和EICAT+框架评估的各外来淡水大型鱼类物种对本土物种的影响机制。MC/ML+：无明显影响；MN/MN+：个体适合度下降或增加；MO/MO+：种群数量减少或增加；MR：种群灭绝但该效应在外来物种被清除后可逆；MV：种群永久性灭绝。
该系列研究揭示了淡水大型动物对关键生态过程和生态系统功能的调控作用，为淡水生物多样性保护和生态系统修复提供了科学依据。关于本土大型动物对淡水关键生态过程和生态系统功能调控作用的研究发表于具有百年历史的生物学经典期刊Biological Reviews，湿地生物与环境学科组何逢志研究员为第一作者和通讯作者，陈星特别研究助理为文章合作作者。关于外来淡水大型鱼类的生态效应研究发表于生态学顶级期刊Global Change Biology，陈星特别研究助理为第一作者，何逢志研究员为通讯作者。湿地生物与环境学科组武海涛研究员为研究提供了重要支持。研究得到了中国科学院人才计划项目（E355S122）、国家建设高水平大学公派研究生项目（202008080141）、德国学术交流总署博士后项目(DAAD PRIME)等项目的资助。
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